JP4571668B2 - 時間制御される通信システム内にグローバルなタイムベースを確立する方法および通信システム - Google Patents

Description

本発明は、時間制御される通信システム内にグローバルなタイムベースを確立する方法に関する。通信システムは、ネットワークとそれに接続された複数の加入者とを有している。加入者の少なくとも１つは、タイムマスターとして定められて、そのタイムマスターに通信システムの残りの加入者が同期される。

本発明は、さらに、時間制御される通信システムに関するものであって、その通信システムはネットワークとそれに接続された複数の加入者とを有している。少なくとも１つの加入者がタイムマスターとして定められて、通信システムの残りの加入者はそのタイムマスターに同期されている。

時間制御される、サイクルベースの通信システムにおいては、メッセージが固定の時間的図式に従ってサイクリックに送信される。時間的シーケンスは、自走式のタイミングジェネレータから導き出される。時間的図式は、予め定められた通信サイクルから得られ、その通信サイクルが複数の送信スリット（いわゆる送信スロット）に分割されている。メッセージは、送信スロットに一義的に割り当てられる。従って、メッセージは通信サイクル内で所定の位置を有している。

自走式のタイミングジェネレータ、いわゆるグローバルなタイムベースを特殊な特徴を有するメッセージに基づいて、通信計算機、すなわち加入者の内部で分配されて遂行されるアルゴリズムによって、突き止めることが知られている。その場合に通信システムのすべての加入者によって、特殊な一義的メッセージに基づいて時間測定が行われ、この時間測定が平均されて、その後アルゴリズムを用いてグローバルなタイムベースが計算される。アルゴリズムは、たとえば時間測定の算術的平均を計算することができ、その平均がその後グローバルなタイムベースとして利用される。その後加入者のローカルな時計が、この計算されたグローバルなタイムベースに合わせられる。

代替的に、グローバルなタイムベースの確立がタイムマスターの原理に基づいていることが知られている。その場合に加入者の１つにタイムマスターの機能が対応づけられ、タイムマスターのローカルな時計がグローバルなタイムベースとして利用され、通信システム内の他の加入者はタイムマスターのローカルなタイマ、あるいはそれから導き出されるタイムベースに同期される。タイムマスターは、通信システムのスタートと仕様書に基づくノーマルな駆動をもたらす。従ってタイムベースへの加入者の同期は、通信システムの立上げ後と、通信システムの定めに基づく駆動の間も時々行われる。

同期の枠内で、タイムマスターが時間情報を有するいわゆる基準メッセージ（それ自体例えばＴＴＣＡＮ（Time Triggered Controller Area Network）通信システムの機能原理において知られているようなもの）を送信し、基準メッセージが他のすべての加入者によって同期のために利用される。すなわち、ローカルなタイマがこの基準メッセージの時間情報に合わせられる。しかしこの原理は問題である。というのは、タイムマスターが故障した場合に、加入者の同期はもはや不可能になり、結果として通信システムの駆動は制限されるか、あるいはまったく不可能となるからである。従ってこの原理に従って作業する通信システムは、特に自動車領域において、多くの安全上重要な適用のために、十分な可用性と安全性を有していない。

最近のサイクルベースの通信システムは、一方で、確定的な、時間制御されるデータを正確に１つの加入者から固定された時点で送信し、他方では事象指向型のデータ、たとえば診断データを所定の事象が発生した時に自発的に送信する可能性を支援する。この目的のために、サイクリックに反復される通信サイクルが特別な方法で組織されている。すなわち、たとえばフレックスレイ通信システムから、通信サイクルを静的セグメントと選択的な動的セグメントに分割することが知られている。いわゆる「ネットワークアイドルタイム」（Network Idle Time/NIT）が通信サイクルを終了させる。この種のコンフィグレーションは、ダイナミックモードと称される。

上述した従来技術に基づいて、本発明の課題は、加入者がタイムマスターを用いてグローバルなタイムベースに同期される、通信システムにおいて、安全性、信頼性および可用性を改良することである。

この課題を解決するために、冒頭で挙げた種類の方法に基づいて、１つの加入者がメインタイムマスターとして、少なくとも１つの他の加入者が代用タイムマスターとして定められることが提案される。その際、１つより多い加入者が代用タイムマスターとして定められる場合には、代用タイムマスターの順序が予め定められる。まず、通信システムのすべての加入者をメインタイムマスターに同期させることが試みられる。それが失敗した場合には、通信システムの加入者の同期化が成功するか、あるいはまた最後の代用タイムマスターへの加入者の同期化も失敗するまでの間、予め定められた順序で、それぞれ次の代用タイムマスターが選択されて、通信システムのすべての加入者を選択された代用タイムマスターに同期させることが試みられる。

本発明に基づく方法においては、冗長性の理由からメインタイムマスターは１つまたは複数の代用タイムマスターによって安全が確保されている。従って通信システム内で、１つのタイムマスターだけでなく、それぞれ所望の冗長度に応じて１つあるいは複数の他の潜在的タイムマスターが設けられ、この際に、常に潜在的タイムマスターの１つだけが通信システムの残りの加入者の同期化の目的のために能動的となる。代用タイムマスターとして定められた、該当する加入者に、アプリケーションが介入することができる。その場合にアプリケーションは、代用タイムマスターとして定められた加入者を、その加入者が必要な場合に残りの加入者に時間情報を送信することができるように、構成変更しなければならない。本発明に基づく方法は、タイムマスターが故障した場合に、加入者の同期化がさらに潜在的タイムマスターの１つによって可能である、という利点を有している。従って本発明に基づく通信システムは、特に高い安全性、信頼性および可用性を有しており、それらは多くの適用、特に自動車領域内で安全上重要な適用のために、極めて重要である。

本発明の好ましい展開によれば、通信システムの加入者を同期させるために、加入者がそれに同期されるべきタイムマスターが、時間情報を有する基準メッセージを送信し、それが残りの加入者によって受信されて、そのローカルなタイマを合わせるために利用されることが提案される。基準メッセージは、単一の識別子を有しており、有効データとして特にタイムマスターの時間情報を支持している。それが残りの加入者によって迅速かつ確実に基準情報として認識されて、同期化に利用されることが可能である。

本発明の好ましい実施形態によれば、通信システムの加入者が、基準メッセージを受信した時点に従って同期化されることが提案される。基準メッセージが時間情報として、タイムマスターから基準情報が送信された時点および／または同期すべき種々の加入者によってメッセージを受信するために予め定められた時点を含むことが考えられる。この時間情報を考慮して、加入者による基準メッセージの実際の受信のための時点との比較によって、すなわち基準メッセージの到達時間を用いて、加入者のローカルなタイマをそれに応じて同期化することができる。

好ましくは少なくとも予め定められた順序においてそのとき選択されているタイムマスターの後ろに位置する代用タイムマスターが、上位に配置されているタイムマスターを監視する。その時選択されているタイムマスターの基準情報が欠落した場合に、予め定められた順序においてその時選択されているタイムマスターの後ろにいる代用タイムマスター自体が基準メッセージを送信する。好ましくは予め定められた順序においてその時選択されているタイムマスターの後ろに位置する複数の代用タイムマスターが、上位に配置されているタイムマスターを監視して、基準メッセージが欠落した場合に、予め定められた順序においてその時選択されているタイムマスターの後ろに位置する代用タイムマスター自体が、基準メッセージを送信する。従って上位に配置されているタイムマスターの故障後、予め定められた順序において後続の潜在的タイムマスターが、通信システムの残りの加入者の同期化を引き受けることができる。

好ましくはその時選択されている代用タイムマスターが、メインタイムマスターと場合によっては上位に配置されている代用タイムマスターを監視する。上位に配置されているタイムマスターの１つが基準メッセージを送信した場合に、その時選択されているタイムマスター自体は、基準メッセージの送信を行わない。好ましくはその時選択されているタイムマスターと予め定められた順序においてその時選択されているタイムマスターの下方に位置する代用タイムマスターが、上位に配置されている代用タイムマスターとメインタイムマスターを監視する。上位に配置されているタイムマスターの１つが基準メッセージを送信した場合に、その時選択されているタイムマスター自体は基準メッセージを送信しない。このようにして、代用タイムマスターは、予め定められた順序において上位に配置されているタイムマスターが基準メッセージを送信しない間だけ、残りの加入者の同期化を引き受けることが、達成される。上位に配置されているタイムマスターが再び能動的になって、基準メッセージを送信するとすぐに、下位に配置されているタイムマスターは同期化機能を再び能動的になった上位のタイムマスターに引き渡す。

本発明の他の好ましい展開によれば、通信システム内でデータがサイクルベースで伝送されることが提案される。種々のタイムマスターの基準メッセージは、好ましくは同一の通信サイクル内ではなく、互いに連続する通信サイクル内で送信される。

本発明の他の好ましい実施形態によれば、通信システム内でデータがサイクルベースで伝送されることが提案される。通信システムは、複数の送信スロットに分割され、そのうちの少なくとも１つの送信スロットが、固定的に予め定められた時点で確定的なデータを伝送するための通信サイクルの静的セグメントの一部であって、少なくとも１つの他の送信スロットが、事象の発生に依存する時点で事象指向型のデータを伝送するための通信サイクルの動的セグメントの一部である。静的セグメント内には、少なくとも、メインタイムマターと代用タイムマスターが定められるのと同じ数の送信スロットが設けられている。各タイムマスターに、その基準メッセージを送信するために通信サイクルの静的セグメントの送信スロットの１つが対応づけられる。

所定の通信システム、例えばＦｌｅｘＲａｙにおいて、グローバルなタイムベースに対するローカルなタイマの補正率とオフセットのための補正値（いわゆるレートおよびオフセット補正）の決定は、２つの通信サイクルにわたる測定によって行われる。任意の通信サイクルにおける潜在的タイムマスターによるタイムマスターの機能の引受けによって、かつそれと結びついた、その基準メッセージの送出によって、通信サイクルの残りのすべての加入者のタイマ同期が損なわれる可能性がある。これは、容認することができ、その場合に通信システムの残りのすべての加入者において、同期化精度における短時間の障害が考慮されなければならない。付加的にスロット長の補正率のための補正値が、その解答となろう。これは、スロット長に従って、タイマ同期における許容誤差によって補償される。

しかし、２つの観察される通信サイクル間で、潜在的タイムマスターによる同期化機能の引受けの作用を阻止ないしは補償することのできる、種々の措置も考えられる。これに関して、たとえば、通信システムの加入者を同期させるために、１つの加入者から他の加入者へのタイムマスター機能の引渡し後に、新しいタイムマスターは奇数のサイクルカウンタを有する通信サイクルにおいて初めて基準メッセージを送信することが、提案される。代替的に、通信システムの加入者を同期させるために、１つの加入者から他の加入者へのタイムマスター機能の引渡し後に、新しいタイムマスターは偶数のサイクルカウンタを有する通信サイクルにおいて初めて基準メッセージを送信することが、提案される。それぞれ２つの通信サイクルが偶数のサイクルカウンタで終了するか、奇数のサイクルカウンタで終了するか、に従って、新しいタイムマスターがその基準メッセージを送信できる前に、常に２つのサイクルが待機される。

他の措置として、基準メッセージがタイムマスターの識別子を有しており、１つの通信サイクルと次の通信サイクルの間の識別子の変化が、通信システムの加入者をグローバルタイムベースに同期化する際に考慮されることが、提案される。通信システムのすべての加入者における時計同期をこのように拡張することは、識別子が変化した場合、すなわち同期化機能があるタイムマスターから他のタイムマスターへ移行した場合に、この変化を補正率のための補正値を計算する場合に考慮することができる、という利点を有している。

好ましくは本方法は、通信システムの立上げないしスタートの際に実施される。その代わりに、あるいはそれに加えて、本方法を、通信システムの進行している規定に基づく駆動の間に、時々実施することができる。

本発明の課題の他の解決として、冒頭で挙げた種類の通信システムに基づいて、１つの加入者がメインタイムマスターとして、少なくとも１つの他の加入者が代用タイムマスターとして定められることが提案される。１つより多い加入者が代用タイムマスターとして定められる場合には、代用タイムマスターの順序が予め定められる。通信システムは手段を有しており、その手段がまず、通信システムのすべての加入者をメインタイムマスターに同期させることを試み、そしてそれが失敗した場合には、通信システムの加入者の同期化が成功するか、あるいは最後の代用タイムマスターへの加入者の同期化も失敗するまでの間、予め定められた順序で、それぞれ次の代用タイムマスターを選択して、通信システムのすべての加入者を選択された代用タイムマスターに同期させることを試みる。

本発明の他の特徴、適用可能性および利点は、図面に示す本発明の実施例についての以下の説明から明らかにされる。その場合にすべての、記載されあるいは図示されている特徴はそれ自体で、あるいは任意の組み合わせにおいて、特許請求項におけるその要約あるいはその帰属に関係なく、かつ明細書ないし図面におけるその表現ないし表示に関係なく、本発明の対象を形成する。

図１には、本発明に基づく時間制御される通信システムが、その全体を符号１で示されている。通信システム１は、ネットワーク２とそれに接続された複数の加入者３を有している。加入者３は、ノードまたは端末装置とも称される。図１に例示されるような、通信システム１は、たとえば自動車内で種々の自動車コンポーネント（加入者）間で情報交換するために使用される。加入者３は、インターフェイス４を介してネットワーク２に接続されている。加入者３は、マイクロプロセッサ６と内部のメモリ素子７とを備えた計算装置５を有している。さらに、加入者３内に、外部の、すなわちマイクロプロセッサ６の外部に配置された、メモリ素子８を設けることもできる。ネットワーク２は、リング構造、星構造あるいは任意の他の構造を有することができる。

メモリ素子７、８上には、加入者３を開ループ制御および／または閉ループ制御するための、特にネットワーク２を介して加入者３間での情報交換を開ループ制御および／または閉ループ制御するためのコンピュータプログラムが格納されている。コンピュータプログラムは、マイクロプロセッサ６内で処理することができる。この目的のために、コンピュータプログラムはデータ伝送接続９を介してメモリ素子７、８からマイクロプロセッサ６内へ伝送される。図１においては、通信システム１の２つの加入者３のみが示されている。もちろん、本発明に基づく通信システム１は、２つより多い加入者３を有することができる。

図１に示す通信システム１は、時間制御される通信システムであって、メッセージは固定の時間的図式においてサイクリックに伝送される。時間的シーケンスは、自走式のタイミングジェネレータから導き出される（いわゆるグローバルタイムベース）。その場合に時間的図式（いわゆる通信サイクル）は、複数の送信スロットに分割される。メッセージは、送信スロットに一義的に割り当てられる。従ってメッセージは、通信サイクル内で予め定められた位置を有している。それに応じた時間的図式が、たとえば図２に示されている。そこに例示されている通信サイクルは、４つの送信スロットを有しており、送信スロットは１から４の続き番号を有している。第１のサイクルの送信スロットは、それぞれ時点ｔ０１、ｔ１１、ｔ２１およびｔ３１で開始される。その後時点ｔ０２で、次の通信サイクルの第１の送信スロットが開始される。各送信スロットに所定のメッセージが対応づけられている。すなわち送信スロット＃１にメッセージＡ、送信スロット＃２にメッセージＢ、送信スロット＃３にメッセージＣそして送信スロット＃４にメッセージＤが対応づけられている。メッセージＡからＤは、常に、それに対応づけられた送信スロット１から４の全部の長さを要求しない。図示の実施例において、メッセージＡは時点ｔＡで、メッセージＢは時点ｔＢで、メッセージＣは時点ｔＣで、そしてメッセージＤは時点ｔＤで終了しており、その場合にｔＡ＜ｔ１１、ｔＢ＜ｔ２１、ｔＣ＜ｔ３１、ｔＤ＜ｔ０２である。

タイムスロット＃１から＃４に対応づけられたメッセージＡからＤは、各通信サイクル内で伝送される必要はない。送信スロット＃１から＃４が１つまたは他の通信サイクル内で空いていることは、全く可能である。というのは、このサイクル内でメッセージＡからＤが伝送される必要がないからである。

自走式のタイミングジェネレータ、グローバルタイムベース、の計算は、従来技術によれば様々な方法で行われる。１つには、加入者３内で分配して遂行されるアルゴリズムによって特殊な特徴を有するメッセージＡからＤに基づいてグローバルなタイムベースを計算することが知られている。その場合にすべての加入者によって特殊な一義的なメッセージに基づいて時間測定が行われ、これらの時間測定が平均されて、それによってたとえばグローバルなタイムベースのために求めるべき平均値が計算される。その後加入者３のローカルな時計が、この計算された平均値に合わせられる。

他方で、グローバルなタイムベースの確立は、タイムマスターの原理に基づくこともできる。本発明に基づく通信システム１においては、タイムマスターを用いてグローバルなタイムベースを確立するこの方法が用いられる。そのために、通信システム１の少なくとも１つの加入者３が、タイムマスターと定められて、通信システム１の残りの加入者３がそれに同期される。タイムマスターは、いわゆる基準メッセージを送信し、それが他のすべての加入者によって同期化に利用される。他の加入者３のローカルな時計は、基準メッセージを含む時間情報に同期される。

図３には、一方で、確定的な時間制御されるデータを正確に１つの加入者３から固定の時点で送信し、他方では事象指向型のデータを自発的に、たとえば所定の事象の発生後に加入者から送信する必要性を考慮する通信システム１が示されている。事象指向型のデータの例は、時々伝達するだけで済む、診断データまたはセンサデータである。図３には、ＦｌｅｘＲａｙ標準に従って働く通信システムのための通信サイクルの構造が示されている。通信サイクルは、静的なセグメント１０と動的なセグメント１１を有している。静的なセグメント１０の送信スロット＃１から＃４内で、メッセージＡからＤが決定論的に伝送される（図４を参照）。他の送信スロット＃５から＃ｎにおいて、メッセージは事象指向で伝送することができ、その場合にデータフレーム（いわゆるフレーム）のアービトレーションは、フレックスレイ−ミニスロッティング法に従って遂行される。

以下では本発明を、ＦｌｅｘＲａｙ標準に従って働く通信システム１を用いて詳細に説明する。しかし本発明は、ＦｌｅｘＲａｙ標準に限定されるものではない。フレックスレイ標準において、通信サイクルは、確定的なデータ伝送のための静的セグメントと事象指向型のデータ伝送のための動的セグメントに分割されている。通信サイクルは、いわゆるネットワークアイドルタイム（ＮＩＴ）によって終了される。このコンフィグレーションは、いわゆるダイナミックモードと称される。

図５には、本発明に基づく通信システム１の通信サイクルの構造が示されている。本発明を実現するために、通信システム１内で加入者３の１つが、メインタイムマスターとして構成される。静的セグメント１０の送信スロット＃１は、メインタイムマスターの基準メッセージＡ_ｒｅｆのために予約されている。通信システム１の残りの加入者３は、基準メッセージＡ_ｒｅｆに含まれる時間情報に同期される。動的セグメント１１内で、事象指向型のデータが伝送される。通信サイクルは、ネットワークアイドルタイム（ＮＩＴ）によって終了される。

従来技術から知られている通信システムの通信サイクルにおいては、中央のタイムマスターのみが設けられているので、通信サイクルは以下のように構成されなければならない。タイムマスターの正確な１つの基準メッセージＡ_ｒｅｆと他の加入者（いわゆるスレーブ）からの他のメッセージＢ、Ｃ、Ｄのための静的スロット１０と、既知の通信システムの加入者から自発的に送信されるメッセージのための、通信サイクルの終了までの動的セグメント１１。冗長性の理由からタイムマスターの安全確保が望ましい場合には、これは従来技術から知られた通信システムにおいては、アプリケーションの介入を介してのみ得ることができる。その場合にアプリケーションは、適切な加入者を、この加入者が図３に示す通信サイクルの枠内で基準メッセージを送信することができるように構成変更しなければならず。その場合にはもちろん、通信システムはこの時間の間はもはや通信しない。アプリケーションによって加入者を切り替えるために、複雑な診断学が必要とされ、さらにプロトコルの実時間性の著しい限定をもたらす可能性がある。

それとは異なり、本発明によれば、プロトコル機構を用いて基準メッセージの冗長性がもたらされる。そのためにメインタイムマスターの他に、少なくとも１つの他の加入者３が代用タイムマスターとして定められる。

図５に示す、本発明に基づく通信システム１の通信サイクルにおいては、所望のｎ倍の冗長性を有するために、メインタイムマスターのための送信スロット＃１の他に、さらにｎの他の静的送信スロット＃２…＃（ｎ＋１）が自発的基準メッセージの伝送のために設けられるので、全部で（ｎ＋１）の送信スロットが基準メッセージのための静的セグメント１０内に予約されている。図５に示す実施例においては、ｎ＝２の冗長性が選択されている。もちろん、それぞれ他の冗長性ｎ∈Ｎを選択することもでき、その場合にＮは任意の自然数である。この場合において、静的セグメント１０内には基準メッセージＡ_ｒｅｆと残りの潜在的基準メッセージＢ_ｒｅｆ…のために全部で２〜１１個の静的送信スロットが設けられなければならない。

メインタイムマスターは、その基準メッセージＡ_ｒｅｆを第１の送信スロット＃１内で送信する。メインタイムマスターは、通信システム１のスタートおよび仕様書に従った規定通りノーマル駆動をもたらす。基準メッセージＡ_ｒｅｆ内の時間情報は、直接代用タイムマスターとすべての残りの加入者３のタイマの同期に入り込む。メインタイムマスターがその基準メッセージＡ_ｒｅｆを伝送した後に、通信サイクルｎ＝２において、潜在的なｎの基準メッセージＢ_ｒｅｆとＣ_ｒｅｆのために設けられる、他の送信スロット＃２、＃３が残る。

本発明を実現するために、プロトコル仕様が拡張されて、潜在的タイムマスター（いわゆる代用タイムマスター）が駆動している間メインマスターを監視し、すなわち送信スロット＃１内の予め定められた一義的時点で基準メッセージＡ_ｒｅｆの受信がチェックされる。送信スロット＃１内で基準メッセージＡ_ｒｅｆが受信された場合には、代用タイムマスターから他の基準メッセージＢ_ｒｅｆ、Ｃ_ｒｅｆが送信されることはない。基準メッセージＢ_ｒｅｆ、Ｃ_ｒｅｆは、すべての残りの加入者３のタイマ同期のための機構を損なわないために、潜在的タイムマスターによって送信されることは許されない。タイマ同期は、メインタイムマスターによってだけもたらされるべきである。もちろん、「ノーマルな」データメッセージを潜在的タイムマスターによって送信させる可能性はある。静的セグメント１０の送信スロット＃４と動的セグメント１１の送信スロットは、従来のように、残りの加入者３（スレーブ）による情報伝送のために利用される。

しかし、潜在的タイムマスターがメイン基準メッセージＡ_ｒｅｆの欠落を検出した場合には（基準メッセージＡ_ｒｅｆが送信スロット＃１内にない）、潜在的タイムマスターによって適切な基準メッセージＢ_ｒｅｆ、Ｃ_ｒｅｆが準備される。代用タイムマスターの送信時点に達し、上位に配置されているタイムマスターの他の基準メッセージＡ_ｒｅｆないしＢ_ｒｅｆが受信されていない場合に、ローカルな基準メッセージＢ_ｒｅｆないしＣ_ｒｅｆが送信される。

必要な場合に代用タイムマスターがその基準メッセージＢ_ｒｅｆ、Ｃ_ｒｅｆを送信する順序は、予め定められている。本実施例においては、予め定められた順序に従って第１の潜在的タイムマスターが送信スロット＃２でその基準メッセージＢ_ｒｅｆを送信する。とういのは、送信スロット＃１において基準メッセージＡ_ｒｅｆが欠落しているからである。この場合において次の潜在的タイムマスターは、その送信スロット＃３において自己の基準メッセージＣ_ｒｅｆを送信しない。もちろん、第１の代用タイムマスターも同様に故障した場合には、それが次の代用タイムマスターによって認識されて、その代用タイムマスターがその後基準メッセージＣ_ｒｅｆを送信スロット＃３で送信する。

通信システム１の全ての加入者３が、その基準メッセージＡ_ｒｅｆからＣ_ｒｅｆを送信したタイムマスターに同期される。これは、全ての加入者３が同一のタイムベースに同期されることを意味している。他のタイムマスターがタイムマスター機能を引き受けることによって、飛躍は生じない。というのは全ての加入者３（メインタイムマスター、代用タイムマスターも、残りの加入者（スレーブ）も）は、進行している駆動において時計同期により同一のタイムマスターに同期されているからである。

もちろん、潜在的なタイムマスターによるタイムマスター機能の引受けと、それと結びついた、代用タイムマスターの基準メッセージＢ_ｒｅｆないしＣ_ｒｅｆの伝送によって、（メインタイムマスター、残りの潜在的加入者および残りすべてのスレーブの）残っている加入者３のタイマ同期は、補正レート（いわゆるレート補正）のためと２つの通信サイクルにわたる測定によるオフセットのための補正値を求めることが行われる限りにおいて、影響を受ける。ＦｌｅｘＲａｙ仕様によれば、送信スロット＃ｎ（たとえばサイクルカウンタが奇数の場合）における基準メッセージの受信時点が、送信スロット＃ｎ＋１（サイクルカウンタが偶数の場合）における基準メッセージの受信時点と比較されて、各加入者３のための予め構成されたサイクル長さを介してレート（通信サイクルにわたるローカルタイムのずれ）が推定される。この測定の間に他の加入者３によるタイムマスター機能の引受けが行われた場合には、それが考慮されなければならない。以下の可能性が提供される：
ａ）潜在的タイムマスターは、その基準メッセージＢ_ｒｅｆまたはＣ_ｒｅｆを、奇数のタイムカウンタにおいて初めて送信することができる。それによって最悪の場合（ワーストケース）には、全通信サイクルの通信の中断が生じる。
ｂ）全ての加入者３におけるタイマの同期化が、基準メッセージＡ_ｒｅｆからＣ_ｒｅｆが基準メッセージＡ_ｒｅｆからＣ_ｒｅｆを送信したタイムマスターの識別子を有し、同期化の際にその識別子が考慮されるように、拡張される。基準メッセージＡ_ｒｅｆからＣ_ｒｅｆのための識別子が交代した場合に、レートを計算する際にそれを考慮することができる。
ｃ）全てのスレーブと潜在的タイムマスターにおける同期化精度において交代を考慮せず、従ってそれに伴う短期間の障害を許容する。付加的に送信スロットの長さのレート補正が、その解答となろう。これは、送信スロットの長さに従って、時計同期における許容誤差によって補償される。

本発明は、既にあるＦｌｅｘＲａｙ仕様のプロトコルの拡張を用いて、メインタイムマスターの故障後のタイムマスターの機能の自動的引受けだけ拡張されている。もちろん、本発明は、ＦｌｅｘＲａｙ標準とは異なる標準に従って作動する通信システム１にも使用することができる。わずかな帯域幅見越し分（通信サイクル内またはタイムマスターの所望のｎ倍の冗長性において静的セグメント内の付加的なｎの送信スロット）と機能的仕様内の補完によって、本発明によれば、時間制御される通信システム１内でタイムマスターの自動化されたｎ倍の冗長性が可能になる。

次に、本発明の種々の特徴と利点を、再度詳細に説明する：
−本発明は、加入者のローカルなタイマがタイムマスターを用いて同期される通信システムにおいて使用することができ、特にメッセージを時間制御（確定的）でも事象制御でも伝送することができる通信システムにおいて、使用することができる。
−本発明によれば、タイムマスターのほぼ任意の倍数の冗長性を得ることができ、その場合には冗長性が増すにつれて、通信サイクルまたは潜在的タイムマスターのための静的セグメント内にそれだけ多くの帯域幅が設けられなければならない。
−本発明によれば、立上げの間も、ノーマルな規定通りの駆動の間も、通信システムを構成（コンフィグレーション）することができる。
−メインタイムマスターは、送信スロットとして通信サイクル内に送信スロット＃１のための割当てを得る。メインタイムマスターは、ノーマル駆動において、ネットワークのスタートにも、他のすべての加入者３（潜在的タイムマスターとスレーブ）に対する時間値の設定にも、責任を有する。
−ｎ倍の冗長性が望まれる場合に、潜在的タイムマスターのための他のｎ−送信スロットが構成される。もちろんその基準メッセージは、メインタイムマスターまたは予め定められた順序において上位の代用タイムマスターがアクティブである限り、送信されない。時計同期は、仕様書に従って付加的な基準メッセージによって影響を受けない。というのは、通信サイクル内においてそれぞれ１つの基準メッセージのみが存在を許されるからである。通信システムのエラーのない駆動において、すべての加入者（代用タイムマスターとスレーブ）はメインタイムマスターに同期されている。
−メインタイムマスターの故障は、基準メッセージがないことを用いて、少なくとも１つ、好ましくはすべての潜在的タイムマスターによって認識される。
−その場合に、通信サイクルの時間的推移において予め定められた順序に従って次の潜在的タイムマスターが、そのローカルな時間情報とタイムマスターのメッセージ識別子を有する基準メッセージの送信を引き受ける。
−常に、アクティブなタイムマスター（メインタイムマスターまたは代用タイムマスター）のみが、基準メッセージを送信し、他のすべてのタイムマスターは基準メッセージを送信しない。
−すべての残りの加入者は、基準メッセージの変更されたメッセージ識別子を用いて、新しいタイムマスターを認識する。
−新しい基準メッセージの時間測定は、古い基準メッセージの古い時間測定に合わせられる。タイマの同期化が、新しいレート補正値およびオフセット補正値を計算する。
−基準メッセージ内のメッセージ識別子の変化は、レートおよびオフセット補正値の計算に影響を与える。
−その後アクティブな潜在的タイムマスターが、タイムマスター機能を再びメインタイムマスターまたは上位に配置された代用タイムマスターに引き渡す；もはやその基準メッセージを送信してはならない。

本発明に基づく時間制御される通信システムを概略的に表示している。 時間制御される通信システム内でデータを伝送するための通信サイクルを示している。 ダイナミックモードを有する時間制御される通信システムにおいてデータを伝送するための通信サイクルを示している。 図１に基づく時間制御される通信システム内でデータを伝送するための通信サイクルを示している。 通信サイクルを用いて本発明に基づく方法のシーケンスを示している。

Claims (13)

1. ネットワーク（２）と前記ネットワークに接続された複数の加入者（３）とを有する、時間制御される通信システム（１）内でグローバルタイムベースを確立する方法であって、その場合に通信システム（１）の加入者（３）の少なくとも１つがタイムマスターとして定められ、残りの加入者（３）が前記タイムマスターに同期される、前記方法において、前記通信システム（１）の前記加入者（３）を同期させるために、前記加入者（３）がそれに同期されるべき前記タイムマスターが、時間情報を有する基準メッセージ（Ａ _ｒｅｆ 、Ｂ _ｒｅｆ 、Ｃ _ｒｅｆ ）を送信し、前記基準メッセージが残りの前記加入者（３）によって受信されて、そのローカルな時計を合わせるために利用され、
   １つの加入者（３）がメインタイムマスターとして、少なくとも１つの他の加入者（３）が代用タイムマスターとして定められ、その場合に、１つより多い加入者（３）が代用タイムマスターとして定められる場合に、代用タイムマスターの順序が予め定められており、
   まず、通信システム（１）のすべての加入者（３）をメインタイムマスターに同期させることが試みられ、前記同期に失敗した場合には、通信システム（１）の加入者（３）の同期が成功するか、あるいは最後の代用タイムマスターへの加入者（３）の同期も失敗するまでの間、予め定められた順序でそれぞれ次の代用タイムマスターが選択されて、通信システム（１）のすべての加入者（３）を選択された代用タイムマスターに同期させることが試みられ、
   前記通信システム（１）内でデータがサイクルベースで伝送され、その場合に通信サイクルが複数の送信スロット（＃１、…、＃４、＃５、…、＃ｎ）に分割され、そのうちの少なくとも１つの送信スロット（＃１、…、＃４）が、固定的に予め定められた時点で確定的なデータを伝送するための前記通信サイクルの静的セグメント（１０）の一部であって、少なくとも１つの他の送信スロット（＃５、…、＃ｎ）が、事象の発生に依存する時点で事象指向型のデータを伝送するための前記通信サイクルの動的セグメント（１１）の一部であって、その場合に前記静的セグメント（１０）内に少なくとも、メインタイムマスターと代用タイムマスターが定められるだけの数の送信スロット（＃１、＃２、＃３）が設けられ、各タイムマスターに、その基準メッセージ（Ａ _ｒｅｆ 、Ｂ _ｒｅｆ 、Ｃ _ｒｅｆ ）を送信するために前記通信サイクルの前記静的セグメント（１０）の前記送信スロット（＃１、＃２、＃３）の１つが対応づけられることを特徴とする、時間制御される通信システム内でグローバルタイムベースを確立する方法。
2. 通信システム（１）の加入者（３）が基準メッセージ（Ａ_ｒｅｆ、Ｂ_ｒｅｆ、Ｃ_ｒｅｆ）を受信した時点に従って同期されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 少なくとも、予め定められた順序においてその時選択されているタイムマスターの後ろに位置する代用タイムマスターが、上位に配置されたタイムマスターを監視し、基準メッセージ（Ａ_ｒｅｆ、Ｂ_ｒｅｆ、Ｃ_ｒｅｆ）が欠落している場合に、予め定められた順序においてその時に選択されているタイムマスターの後ろに位置する代用タイムマスター自身が、基準メッセージ（Ｂ_ｒｅｆ、Ｃ_ｒｅｆ）を送信することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 予め定められた順序においてその時選択されているタイムマスターの下方に位置する複数の代用タイムマスターが、上位に配置されているタイムマスターを監視して、基準メッセージ（Ａ_ｒｅｆ、Ｂ_ｒｅｆ）が欠落している場合に、予め定められた順序においてその時選択されているタイムマスターの下方に位置する代用タイムマスター自身が、基準メッセージ（Ｂ_ｒｅｆ、Ｃ_ｒｅｆ）を送信することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 少なくともその時選択されている代用タイムマスターが、メインタイムマスターと、場合によっては上位に配置されている代用タイムマスターを監視して、上位に配置されているタイムマスターの１つが基準メッセージ（Ａ_ｒｅｆ、Ｂ_ｒｅｆ）を送信した場合に、その時選択されているタイムマスター自身は基準メッセージ（Ｂ_ｒｅｆ、Ｃ_ｒｅｆ）を送信しないことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
6. その時選択されているタイムマスターと予め定められた順序においてその時選択されているタイムマスターの後ろに位置する代用タイムマスターが、メインタイムマスターと場合によっては上位に配置されている代用タイムマスターを監視して、上記に配置されているタイムマスターの１つが基準メッセージ（Ａ_ｒｅｆ、Ｂ_ｒｅｆ）を送信した場合には、その時選択されているタイムマスター自体は基準メッセージ（Ｂ_ｒｅｆ、Ｃ_ｒｅｆ）を送信しないことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 通信システム（１）内でデータがサイクルベースで伝送され、その場合に基準メッセージ（Ａ_ｒｅｆ、Ｂ_ｒｅｆ、Ｃ_ｒｅｆ）が様々なタイムマスターから互いに連続する通信サイクルにおいて送信されることを特徴とする、請求項３から６のいずれかに記載の方法。
8. 通信システム（１）の加入者（３）を同期させるために、ある加入者（３）から他の加入者（３）へタイムマスター機能が移行した後に、新しいタイムマスターは、奇数のサイクルカウンタを有する通信サイクルにおいて初めて基準メッセージ（Ａ_ｒｅｆ、Ｂ_ｒｅｆ、Ｃ_ｒｅｆ）を送信することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 通信システム（１）の加入者（３）を同期させるために、ある加入者（３）から他の加入者（３）へタイムマスター機能が移行した後に、新しいタイムマスターは、偶数のサイクルカウンタを有する通信サイクルにおいて初めて基準メッセージ（Ａ_ｒｅｆ、Ｂ_ｒｅｆ、Ｃ_ｒｅｆ）を送信することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
10. 基準メッセージ（Ａ_ｒｅｆ、Ｂ_ｒｅｆ、Ｃ_ｒｅｆ）がタイムマスターの識別子を有しており、１つの通信サイクルと次の通信サイクルとの間の識別子の変化が、通信システム（１）の加入者（３）をグローバルタイムベースに同期させる場合に考慮されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. 通信システム（１）の実行の際に実施されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
12. 通信システム（１）の実行が継続している間に時々実施されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
13. ネットワーク（２）と、前記ネットワークに接続された複数の加入者（３）とを有し、その場合に加入者（３）の少なくとも１つがタイムマスターとして定められ、通信システム（１）の残りの加入者（３）が前記タイムマスターに同期されている、時間制御される通信システム（１）において、
    前記通信システム（１）の前記加入者（３）を同期させるために、前記加入者（３）がそれに同期されるべき前記タイムマスターが、時間情報を有する基準メッセージ（Ａ _ｒｅｆ 、Ｂ _ｒｅｆ 、Ｃ _ｒｅｆ ）を送信し、前記基準メッセージが残りの前記加入者（３）によって受信されて、そのローカルな時計を合わせるために利用され、
    １つの前記加入者（３）がメインタイムマスターとして、少なくとも１つの他の前記加入者（３）が代用タイムマスターとして定められており、その場合に少なくとも１つの前記加入者（３）が代用タイムマスターとして定められている場合に、前記代用タイムマスターの順序が予め定められており、
    前記通信システム（１）が、手段を有しており、前記手段がまず、前記通信システム（１）のすべての前記加入者（３）を前記メインタイムマスターに同期させることを試み、それが失敗した場合には、前記通信システム（１）の前記加入者（３）の同期化が成功するか、あるいは最後の前記代用タイムマスターへの前記加入者（３）の同期化も失敗するまでの間、予め定められた順序でそれぞれ次の代用タイムマスターを選択して、前記通信システム（１）のすべての前記加入者（３）を選択された代用タイムマスターに同期させることを試み、
    前記通信システム（１）内でデータがサイクルベースで伝送され、その場合に通信サイクルが複数の送信スロット（＃１、…、＃４、＃５、…、＃ｎ）に分割され、そのうちの少なくとも１つの送信スロット（＃１、…、＃４）が、固定的に予め定められた時点で確定的なデータを伝送するための前記通信サイクルの静的セグメント（１０）の一部であって、少なくとも１つの他の送信スロット（＃５、…、＃ｎ）が、事象の発生に依存する時点で事象指向型のデータを伝送するための前記通信サイクルの動的セグメント（１１）の一部であって、その場合に前記静的セグメント（１０）内に少なくとも、メインタイムマスターと代用タイムマスターが定められるだけの数の送信スロット（＃１、＃２、＃３）が設けられ、各タイムマスターに、その基準メッセージ（Ａ _ｒｅｆ 、Ｂ _ｒｅｆ 、Ｃ _ｒｅｆ ）を送信するために前記通信サイクルの前記静的セグメント（１０）の前記送信スロット（＃１、＃２、＃３）の１つが対応づけられることを特徴とする、時間制御される通信システム。

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